Nernst-Ettingshausen effekt

Nernst - Ettingshausen - effekten , eller den tværgående Nernst-Ettingshausen-effekt , er en termomagnetisk effekt , der observeres, når en halvleder , hvori der er en temperaturgradient , placeres i et magnetfelt . Denne effekt blev opdaget i 1886 af W. Nernst og A. Ettingshausen. I 1948 fik effekten i metaller sin teoretiske begrundelse i Sondheimers arbejde [1]

Essensen af effekten er, at der opstår et elektrisk felt i halvlederen , vinkelret på temperaturgradientvektoren og den magnetiske induktionsvektor , det vil sige i vektorens retning . Hvis temperaturgradienten er rettet langs aksen , og den magnetiske induktion er langs , så er det elektriske felt parallelt langs aksen . Derfor er der mellem punkterne og (se fig.) en forskel i elektriske potentialer . Størrelsen af den elektriske feltstyrke kan udtrykkes ved formlen: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $x$ $Z$ $Y$ $-en$ $b$ $u$ ${\displaystyle E_{y))$

E_{y}={\frac {u}{d}}=q_{\bot }B_{z}{\frac {dT}{dx)),

hvor er den såkaldte Nernst-Ettingshausen konstant , som afhænger af halvlederens egenskaber og kan tage både positive og negative værdier. For eksempel, i germanium med en specifik modstand på ~ 1 Ω /cm ved stuetemperatur, observeres et elektrisk felt V /cm ved Gs og K / cm. Værdien af konstanten , og dermed også , afhænger stærkt af prøvens temperatur og af magnetfeltet, og når disse værdier ændres, kan de endda skifte fortegn. ${\displaystyle q_{\bot ))$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ ${\displaystyle q_{\bot ))$ ${\displaystyle E_{y))$

Den tværgående Nernst-Ettingshausen-effekt opstår af samme grund som Hall-effekten , det vil sige som et resultat af afbøjningen af en strøm af ladede partikler af Lorentz-kraften . Forskellen er imidlertid, at med Hall-effekten er den rettede strøm af partikler et resultat af deres drift i et elektrisk felt, og i dette tilfælde som et resultat af diffusion.

En væsentlig forskel er også, at tegnet i modsætning til Hall-konstanten ikke er afhængigt af ladningsbærernes fortegn. Faktisk, når man driver i et elektrisk felt, fører en ændring i ladningens fortegn til en ændring i retningen af driften, hvilket giver en ændring i Hall-feltets fortegn . I dette tilfælde ledes diffusionsfluxen dog altid fra den opvarmede ende af prøven til den kolde ende, uanset partikelladningens fortegn. Derfor er retningerne af Lorentz-kraften for positive og negative partikler indbyrdes modsatte, men retningen af elektrisk ladningsstrømme er i begge tilfælde den samme. ${\displaystyle q_{\bot ))$

Længdegående Nernst-Ettingshausen effekt

Den langsgående Nernst-Ettingshausen-effekt består i en ændring i den termoelektriske effekt af metaller og halvledere under påvirkning af et magnetfelt.

I mangel af et magnetfelt bestemmes den termoelektriske effekt i en elektronisk halvleder af forskellen mellem hastighedskomponenterne af hurtige elektroner (bevæger sig fra den varme side) og langsomme elektroner (bevæger sig fra den kolde side) langs temperaturgradienten.

I nærvær af et magnetfelt ændres elektronhastighedernes langsgående (langs temperaturgradienten) og tværgående (på tværs af temperaturgradienten) komponenter afhængigt af rotationsvinklen for elektronhastigheden i magnetfeltet, som bestemmes af betyder fri vej for elektronerne i metallet eller halvlederen. $\tau$

Hvis den gennemsnitlige frie vej for langsomme elektroner eller huller (i halvledere) er større end for hurtige , hvor er de langsgående hastighedskomponenter af langsomme og hurtige elektroner i nærvær af et magnetfelt, de langsgående komponenter af hastighederne af langsomme og hurtige elektroner i fravær af et magnetfelt. Værdien af termoelektrisk effekt i et magnetfelt proportionalt med forskellen vil være større end i fravær af et magnetfelt ved en forskel . Omvendt, hvis den gennemsnitlige frie vej for langsomme elektroner er kortere end for hurtige, reducerer tilstedeværelsen af et magnetfelt den termoelektriske effekt. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

I elektroniske halvledere stiger den termoelektriske effekt i et magnetfelt, hvis den gennemsnitlige frie vej falder med stigende elektronenergi (under spredning af akustiske fononer). $\tau$

I elektroniske halvledere falder termokraften i et magnetfelt, hvis den gennemsnitlige frie vej stiger med stigende elektronenergi (under spredning af ioniserede urenhedsatomer). [2] $\tau$

Litteratur

Blatt F. J. Teori om mobilitet af elektroner i faste stoffer / Pr. fra engelsk. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 s.
Tsidilkovskii IM Termomagnetiske fænomener i halvledere. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Serie "Physics of semiconductors and semiconductor devices"). — 396 s.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Indflydelse af inhomogeniteter af Bi 2 Te 3 -krystaller på den tværgående Nernst-Ettingshausen-effekt // Halvlederes fysik og teknologi. - 1997. - T. 31. - Nr. 4. - s. 441-443.

Noter

↑ Sondheimer EH The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 21. juli 1948. - Nr. 193. - pp. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Kinetiske effekter i halvledere. - L .: Nauka, 1970.

Se også

Ettingshausen effekt